在Sr0.8M0.2TiO3（其中M=Ca、Ba、La）催化剂中存在的氧空位，这些催化剂可增强有机硫的水解反应

《Separation and Purification Technology》：Oxygen vacancies in Sr 0.8M 0.2TiO 3 (M?=?ca, Ba, La) catalysts for enhanced organic sulfur hydrolysis

本研究设计并合成了Sr0.8M0.2TiO3（M=Ca, Ba, La）催化剂，通过调控A位金属掺杂形成氧空位，显著提升低温下有机硫（如CS2）的水解效率，其中La掺杂催化剂在225℃下连续运行30小时，CS2转化率达97.5%以上，为Claus工艺催化剂优化提供新策略。

　　

郑伟|郭家军|卢一鸣|杨勤|唐媛|何旭|蒋国霞|张凤莲|郝正平

中国科学院环境材料与污染控制技术研究中心，VOCs污染控制材料与技术国家工程实验室，北京101408，中国

摘要

随着化石燃料行业中高硫酸性原料的使用日益增加以及环境法规的逐步收紧，迫切需要进一步减少废气排放并提高硫回收过程的硫回收效率。然而，由于传统催化剂在低温下水解性能较差，通常需要将第一级克劳斯反应器的温度维持在310°C以上才能达到满意的水解效率，这严重影响了放热克劳斯反应的平衡转化率。本研究设计了部分替代了Ca、Ba和La的Sr_0.8M_0.2TiO₃催化剂，以形成氧空位，从而促进有机硫的低温水解。综合表征技术表明，尤其是三价元素La的掺杂有助于氧空位的形成。因此，催化剂的水解性能和耐久性得到了显著提升，这归因于H₂O分子被激活为表面-OH基团的效率提高。其中，La掺杂的SrTiO₃催化剂在225°C下连续运行30小时后，对CS₂的转化率超过了97.5%，表现出优异的性能。这项工作为传统克劳斯工艺中实用水解催化剂的设计提供了一种有前景的方法。

引言

近年来，高硫原料（如原油、天然气和煤炭）的开采和利用不断增加，同时排放法规也日益严格，这加剧了对提高克劳斯工艺硫回收效率的需求[1]、[2]、[3]。然而，在克劳斯炉中不可避免地会产生有毒的有机硫化合物杂质，主要是二硫化碳（CS₂）和羰基硫（COS）。这些化合物在最终焚烧阶段容易转化为有害的SO_x，不仅限制了硫资源的回收效率，还导致了额外的污染排放。为了解决这个问题，通常在第一级克劳斯反应器中安装额外的水解催化剂，将CS₂和COS转化为H₂S，作为克劳斯工艺的原料（反应式（1）、（2）[4]。然而，要实现满意的水解效率，就必须牺牲克劳斯反应（反应式（3）的转化率。由于CS₂的水解具有挑战性，通常需要相对较高的反应温度（高于310°C），而这样的温度对放热克劳斯反应（最适宜的温度为200–250°C）是不利的[5]。因此，迫切需要开发能够在低温范围内高效运行的水解催化剂，这对于实现更加经济和环境可持续的克劳斯工艺至关重要。

引言

近年来，高硫原料（例如原油、天然气和煤炭）的开发和利用不断增加，同时排放法规也日益严格，这加剧了对提高克劳斯工艺硫回收效率的需求[1]、[2]、[3]。然而，在克劳斯炉中不可避免地会产生有毒的有机硫化合物杂质，主要是二硫化碳（CS₂）和羰基硫（COS）。这些化合物在最终焚烧阶段容易转化为有害的SO_x，不仅限制了硫资源的回收效率，还导致了额外的污染排放。为了解决这个问题，通常在第一级克劳斯反应器中安装额外的水解催化剂，将CS₂和COS转化为H₂S，作为克劳斯工艺的原料（反应式（1）、（2）[4]。然而，要实现满意的水解效率，就必须牺牲克劳斯反应（反应式（3）的转化率。由于CS₂的水解具有挑战性，通常需要相对较高的反应温度（高于310°C），而这样的温度对放热克劳斯反应（最适宜的温度为200–250°C）是不利的[5]。因此，迫切需要开发能够在低温范围内高效运行的水解催化剂，这对于实现更加经济和环境可持续的克劳斯工艺至关重要。

引言

近年来，高硫原料（如原油、天然气和煤炭）的开发和利用不断增加，同时排放法规也日益严格，这加剧了对提高克劳斯工艺硫回收效率的需求[1]、[2]、[3]。然而，在克劳斯炉中不可避免地会产生有毒的有机硫化合物杂质，主要是二硫化碳（CS₂）和羰基硫（COS）。这些化合物在最终焚烧阶段容易转化为有害的SO_x，不仅限制了硫资源的回收效率，还导致了额外的污染排放。为了解决这个问题，通常在第一级克劳斯反应器中安装额外的水解催化剂，将CS₂和COS转化为H₂S，作为克劳斯工艺的原料（反应式（1）、（2）[4]。然而，要实现满意的水解效率，就必须牺牲克劳斯反应（反应式（3）的转化率。由于CS₂的水解具有挑战性，通常需要相对较高的反应温度（高于310°C），而这样的温度对放热克劳斯反应（最适宜的温度为200–250°C）是不利的[5]。因此，迫切需要开发能够在低温范围内高效运行的水解催化剂，这对于实现更加经济和环境可持续的克劳斯工艺至关重要。

引言

近年来，高硫原料（如原油、天然气和煤炭）的开发和利用不断增加，同时排放法规也日益严格，这加剧了对提高克劳斯工艺硫回收效率的需求[1]、[2]、[3]。然而，在克劳斯炉中不可避免地会产生有毒的有机硫化合物杂质，主要是二硫化碳（CS₂）和羰基硫（COS）。这些化合物在最终焚烧阶段容易转化为有害的SO_x，不仅限制了硫资源的回收效率，还导致了额外的污染排放。为了解决这个问题，通常在第一级克劳斯反应器中安装额外的水解催化剂，将CS₂和COS转化为H₂S，作为克劳斯工艺的原料（反应式（1）、（2）[4]。然而，要实现满意的水解效率，就必须牺牲克劳斯反应（反应式（3）的转化率。由于CS₂的水解具有挑战性，通常需要相对较高的反应温度（高于310°C），而这样的温度对放热克劳斯反应（最适宜的温度为200–250°C）是不利的[5]。因此，迫切需要开发能够在低温范围内高效运行的水解催化剂，这对于实现更加经济和环境可持续的克劳斯工艺至关重要。